武汉工程大学毕业设计(论文)说明书
电热水暖微机恒温控制系统
摘要：本文设计了电热水暖微机恒温控制系统，考虑到目前市场上存在的家庭采暖设
备控制精度不高，执行器件动作时噪音太大给用户带来的不便。本系统采用单片机AT89C51、串行A/D转换器ADC0832和高精度数字温度传感器18B20构成具有电压前馈的单回路闭环控制系统，用固态继电器作为控制开关、用PID控制器实现开关控制结合PWM脉宽调制的调功方式，达到了无噪声高精度的控制效果。同时简单介绍了键盘显示专用芯片HD7279，最新单总线形式数字温度传感器DS18B20的硬件连接方法和软件的C51编程实现方法。
本次设计优点很多，该系统硬件成本低，控制精度高，在10到90℃内达到了±0.5℃，并且实现了温度值在设定范围内的连续可调，抗干扰能力强，技术实施方案简单、易行、实用并具有通用性。该系统既可满足家庭用户对电热式水循环采暖设备的要求，也可以满足控制工程等课程的实验、实习和课程设计的要求，具有实际推广应用价值。
关键词：PID调功控制 单片机 电压前馈 A/D转换 单回路
I
武汉工程大学毕业设计(论文)说明书
Electric heating hot-water heat microcomputer constant
temperature control system
Abstract: This text discusses the design of single-phase electrothermic water-warm
homothermal control system.
In consideration of the inconvenience that brings by the present household heating equipment on the market exists low control accuracy and too loud noise when the actuator is in action。This system adopts MCU AT89C51、serial A/D converter ADC0832 and high accuracy digital temperature sensor 18B20 constitute the single circulation closed-loop control system with voltage feedforward, uses solid-state relay as control switch, brings the conditioning power method of switch control conjunct PWM vein breadth modulation into realization by PID controller ，it reaches the control effect of noisefree and high accuracy. At the meantime, it simply introduces the keyset display tailormade chip HD7279, the hardware junction method of updated unibus formal digital temperature sensor DS18B20 and C51 programming realizing way of software.
The result of experiment shows that the hardware cost of the system is low, control accuracy is high, which reaches ±0.5℃ in 10-90 ℃, and it actualizes succession adjustable of temperature value in the enactment range. Its anti- interference ability is strong, the technique actualize scheme is simple, liable to carry out, practical and has the in general use also. The system not only can satisfy domestic users’ demand of electrothermic water circulation heating equipment, but also can satisfy the requirement of course experiment, practice and course design of the MCU, microcomputer control course of electrician ,it has the actual expansion and application value.
Keywords: PID control; single Chip; voltage feed-forward; A/D convert; Single-Loop
II
武汉工程大学毕业设计(论文)说明书
目 录
前言 .................................................................. 1 一 微机恒温控制系统的控制方案拟订 ..................................... 2 1 微机恒温控制系统设计目标 ............................................ 2 2 微机恒温控制系统控制算法的选择 ...................................... 3 二 微机恒温控制系统数学模型的分析 ..................................... 5 1 PID算法分析 ......................................................... 5 2 微机恒温控制系统离散化方块图 ........................................ 7 3 PID算法数字化 ....................................................... 8 4 微机恒温控制系统数字化具体实现 ...................................... 9 5 数字PID调节中的几个问题的解决 ..................................... 11 6 系统最终方案的确立 ................................................. 13 三 微机恒温控制系统的硬件设计过程 .................................... 14 1 温度传感器DS18B20 .................................................. 14 2 前馈电压A/D转换器选择 ............................................. 19 3 单片机型号的选择 ................................................... 20 4 键盘与显示的选择 ................................................... 23 5 看门狗电路 ......................................................... 24 6 执行器件选型 ....................................................... 26 四 微机恒温控制系统的软件设计 ....................................... 28 1 微机恒温控制系统软件流程图 ......................................... 28 2 系统各个功能模块的编程实现 ......................................... 29 3 编程中的特点 ....................................................... 37 五 微机恒温控制系统的上位机软件设计 .................................. 39 六 微机恒温控制系统的测试与实验处理 .................................. 41 1 系统投运实验 ....................................................... 41 2 PID参数整定 ........................................................ 41 3 实验结果分析 ....................................................... 43
III
武汉工程大学毕业设计(论文)说明书
七 总结 ............................................................. 46 致谢 ................................................................. 47 附录1 系统硬件原理图 ................................................. 48 附录2 PID控制程序 ................................................... 50 参考文献 ............................................................. 77
IV
武汉工程大学毕业设计(论文)说明书
前 言
一年四季春夏秋冬，每个季节有每个季节的过法。春季和秋季是最舒服的季节，夏季热是很显然的，冬季是最冷的。我们就说冬季，一到冬天，全国各地都要碰到取暖这个问题，并且取暖的方式基本是集中供热的方式。它的热源固定，并且供热的面积比较大，一般是以小区为单位，而且能够24小时不间断供暖，可以算得上是比较方便实惠。但也存在许多的问题，如供热不及时、能源浪费、中途能量损耗大、污染严重、收费一刀切、特别是不便于分散居民使用等。近些年来，随着人们的生活水平不断提高，人们对生活品质需求也越来越高，又由于电力资源的不断丰富，电费价格下降，许多用户开始用起了独立的家庭电热取暖器，这也满足了人们对家用产品的方便、灵活、卫生、安全和经济的要求。所以近些年来，这种小型的家庭用的电热水暖系统是越来越受人们的青睐。
然而与此同时，也存在很多的问题，经过市场调查发现 ：1)目前市场上可以看到的家庭水暖系统大多数是用非常简单的开关控制，并且还没有做到恒温控制；2)所用的交流接触器所带来的噪声污染令顾客十分不满意。
对以上问题，我们于是开设了此课题，来解决家庭电热采暖器设计的不足们以恒热(EVERHOT)公司生产的CSFL060型家庭采暖/热水一机两用型机为例，对其控制电路进行改进，来完成本次课题的设计。
在此系统中，我们要解决的是采暖回路的工作，要控制的效果就是控制加热炉膛内水温，让其恒定在一个固定值上，以达到恒温控制的效果；采用新型执行器件消除系统带来的噪声问题。
1